CN103835828A - 用于汽缸停用的缸盖封装 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于被耦连至具有内汽缸和外汽缸的直列式发动机的顶置凸轮轴的系统和方法。在一种示例方法中，发动机汽缸组包含内汽缸和外汽缸，内汽缸均仅具有第一和第二升程廓线，其中两者都是非零升程廓线，外汽缸均具有第一、第二和第三升程廓线，其中两个是非零升程廓线，一个是零升程廓线。

Description

用于汽缸停用的缸盖封装
技术领域
本发明涉及用于汽缸停用的缸盖封装。
背景技术
可变排量发动机（VDE）设计在本领域中是众所周知的，其用于通过在需要减小的发动机输出的运转模式下停用汽缸提供增加的燃料效率。此类设计还可以包括凸轮廓线变换（CPS），以实现分别在高和低发动机转速下对应于增加的燃料效率的高或低升程配气机构模式。
在CPS系统中，可以通过基于发动机输出需求停用汽缸的非升程凸轮廓线来支持VDE设计。作为一个示例，U.S.6,832,583描述了具有包括汽缸停用的多种气门升程模式的发动机配气机构。所描述的示例利用配气机构上的高和低升程凸轮，其可以被进一步更改为使得低升程对应于零升程停用设定。
发明内容
然而，发明人在此已经认识到这种方法不包括用于一个汽缸的三个不同的升程廓线。一般而言，用于停用气门或启用第三升程廓线的机构沿顶置凸轮轴的长度需要更多的空间。凸轮支承的布置和汽缸孔间距要求进一步阻止了包括多个气门升程廓线和/或汽缸停用机构。
为了解决这些问题，提供了用于被耦连至具有内汽缸和外汽缸的直列式发动机的顶置凸轮轴的系统和方法。在一种示例方法中，发动机汽缸组/排（bank）包含内汽缸和外汽缸，内汽缸均仅具有第一和第二升程廓线，其中两者均是非零升程廓线，外汽缸均具有第一、第二和第三升程廓线，其中两个是非零升程廓线，一个是零升程廓线。
以此方式，在具有第一和第二升程廓线的一些汽缸中可以包括第三零升程廓线的发动机汽缸盖设计。例如，汽缸盖可以被实现为，在所有汽缸上具有高和低升程凸轮廓线的凸轮轴，以及仅通过在这些汽缸上包括第三零升程廓线而选择性地停用外汽缸。这种方法利用根据一些已有的发动机汽缸盖设计和非对称的凸轮支承布置布置在外凸轮轴上的额外的空间，以允许用于在外和内汽缸上方的不同凸轮廓线的充足空间，而不干涉内汽缸间距。这种方法具有在更紧凑的发动机设计（诸如直列式四缸发动机）中同时实现VDE和CPS的潜在优势。另外，这种方法可以实现在多个车辆平台上使用相同发动机结构的灵活性。
尽管一个示例示出了内汽缸上的两个升程廓线和外汽缸上的三个升程廓线，但本申请认识到，在另一示例中，外汽缸可以具有比内汽缸更少的离散的升程廓线，其中与外汽缸相比，内汽缸具有更宽的凸轮支承布置。
应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键特征或重要基本特征，要求保护的主题的范围被附于具体实施方式的权利要求唯一地确定主题的范围。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出了示例发动机系统的一个汽缸的示意图。
图2和图3示出了根据本公开的包括凸轮廓线变换系统的示例发动机汽缸组。
图4示出了根据本公开的包括凸轮廓线变换系统的另一示例发动机汽缸组。
图5示出了根据本公开的用于运转凸轮廓线变换系统的示例方法。
具体实施方式
以下描述涉及使汽缸组和汽缸盖被实现为具有凸轮廓线变换（CPS）系统和可变排量发动机（VDE）模式的内燃发动机，诸如在图1中示出的发动机。如在图2和图3中示出的，发动机汽缸盖可以被设计为，利用与内汽缸上不停用的机构相比在外汽缸上的较宽机构允许外汽缸上的气门停用。在其他示例中，如在图4中示出的，发动机汽缸盖可以被设计为，利用与外汽缸上不停用的机构相比在内汽缸上的较宽机构允许内汽缸上的气门停用。如在图5中描述的，这样的汽缸盖构造可以被用来调整内和外汽缸二者上的气门升程廓线，以及基于发动机工况停用外汽缸。
现在转向附图，图1描述了内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例实施例。发动机10可以接收来自包括控制器12的控制参数和经由输入装置132来自车辆操作者130的输入。在这个示例中，输入装置132包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的汽缸（在本文中也被称为”燃烧室”）14可以包括燃烧室壁136，活塞138被设置在其中。活塞138可以被耦连至曲轴140，使得活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。曲轴140可以经由变速器系统耦连至客车的至少一个驱动轮。此外，起动机马达可以经由飞轮耦连至曲轴140，以实现发动机10的起动运转。
汽缸14可以经由一系列进气道142、144和146接收进气空气。除了汽缸14外，进气道146还可以与发动机10的其他汽缸连通。在一些实施例中，一个或更多个进气道可以包括增压装置，例如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1示出了被配置为具有涡轮增压器的发动机10，该涡轮增压器包括在进气道142与144之间布置的压缩机174和沿排气道148布置的涡轮176。压缩机174可以通过轴180至少部分地由排气涡轮176提供动力，其中增压装置被配置为涡轮增压器。然而，在其他示例中，例如在发动机10装备有机械增压器的示例中，排气涡轮176可以被选择性地省略，其中压缩机174可以由来自马达或发动机的机械输入提供动力。包括节流板164的节气门162沿发动机的进气道设置，以便改变提供给发动机汽缸的进气流速和/或进气压力。例如，节气门20可以被布置在压缩机174的下游，如在图1中所示的，或可替代地，可以被设置在压缩机174的上游。
除了汽缸14外，排气道148还可以接收来自发动机10的其他汽缸的排气。尽管在一些实施例中排气传感器128被显示为耦连至排放控制装置178上游的排气道148，但排气传感器128可以被设置在排放控制装置178的下游。传感器128可以选自用于提供排气空燃比指示的各种合适的传感器，例如线性氧传感器或UEGO（通用或宽域排气氧传感器）、双态氧传感器或EGO（如所描述的）、HEGO（加热型EGO）、NOx、HC或CO传感器。排放控制装置178可以是三元催化剂（TWC）、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。
排气温度可以由位于排气道148中的一个或更多个温度传感器（未示出）测量。可替代地，排气温度可以基于发动机工况被推断，发动机工况例如为转速、负荷、空燃比（AFR）、花火延迟等。另外，排气温度可以通过一个或更多个排气氧传感器128计算。可以认识到，排气温度可以可替代地通过在本文中所列出的温度估算方法中的任意组合被估算。
发动机10的每个汽缸可以包括一个或更多个进气门和一个或更多个排气门。例如，汽缸14被显示为包括位于汽缸14的上部区域的至少一个进气提升气门150和至少一个排气提升气门156。在一些实施例中，包括汽缸14的发动机10的每个汽缸可以包括位于汽缸的上部区域的至少两个进气提升气门和至少两个排气提升气门。
进气门150可以由控制器12通过凸轮致动经由凸轮致动系统151控制。类似地，排气门156可以由控制器12通过凸轮致动经由凸轮致动系统153控制。凸轮致动系统151和153均可以包括一个或更多个凸轮，并且可以使用可以由控制器12运转以改变气门操作的凸轮轮廓线变换（CPS）、可变凸轮正时（VCT）、可变气门正时（VVT）和/或可变气门升程（VVL）系统中的一个或更多个。进气门150和排气门156的运转可以分别由气门位置传感器（未示出）和/或凸轮轴位置传感器155和157确定。在可替代的实施例中，进气和/或排气门可以由电子气门致动控制。例如，汽缸14可以可替代地包括通过电子气门致动控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。在其他实施例中，进气和排气门可以由共同的气门致动器或者致动系统或可变气门致动器或者致动系统控制。在下面关于图2和图3更详细地描述了示例凸轮致动系统。
汽缸14可以具有一定压缩比，其是活塞138在下止点时与在上止点时的体积之比。通常，压缩比在9:1至10:1的范围内。然而，在一些使用不同燃料的示例中，可以增大压缩比。例如，当使用更高辛烷燃料或具有更高潜在蒸发焓的燃料时，这种情况会发生。如果使用直接喷射，由于其对发动机爆震的影响，也可以增大压缩比。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以包括用于开始燃烧的火花塞192。在选择的操作模式下，响应于来自控制器12的火花提前信号SA，点火系统190能够经由火花塞192向燃烧室14提供点火火花。然而，在一些实施例中，火花塞192可以被省略，例如在发动机10可以通过自动点火或燃料喷射开始燃烧（例如一些柴油发动机的情况）的情况下。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以被配置为具有用于输送燃料的一个或更多个燃料喷射器。作为非限制性的示例，汽缸14被示出为包括一个燃料喷射器166。燃料喷射器166被示出为直接耦连至汽缸14，以便经由电子驱动器168与从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射进的汽缸14中。以此方式，燃料喷射器166提供了到燃烧汽缸14内的所谓的燃料直接喷射（在下文中也被称为”DI”）。尽管图1将喷射器166示为侧喷射器，但其也可以位于活塞的上方，诸如靠近火花塞192的位置。当用醇基燃料使发动机运转时，由于一些醇基燃料具有较低的挥发性，所以这样的位置可以改善混合以及燃烧。可替代地，为改善混合，可以在顶部并靠近进气门布置喷射器。燃料可以从高压燃料系统8输送至燃料喷射器166，高压燃料系统8包括燃料箱、燃料泵和燃料轨。可替代地，燃料在较低压力下通过单级燃料泵输送，燃料直接喷射的正时在这种情况下在压缩冲程期间会比使用高压燃料系统的情况下更受限制。另外，尽管未示出，不过燃料箱可以具有向控制器12提供信号的压力换能器。
应认识到，在替代的实施例中，喷射器166可以是进气道喷射器，其向汽缸14上游的进气道内提供燃料。另外，尽管示例实施例示出了燃料经由单个喷射器被喷射至汽缸，但可替代地可以通过经由多个喷射器喷射燃料使发动机运转，诸如一个直接喷射器和一个进气道喷射器。在这样的构造中，控制器可以改变来自每个喷射器的相对喷射量。
在汽缸的单个循环期间，可以通过喷射器将燃料输送至汽缸。另外，如在下文中所描述的，自喷射器输送的燃料或爆燃控制流体的分配和/或相对量可以随着工况（诸如空气充气温度）而变化。此外，对于单个燃烧事件而言，可以每个循环执行所输送的流体的多次喷射。可以在压缩冲程、进气冲程或其任意适当的组合期间执行多次喷射。应当理解，在本文中所描述的缸盖封装（packaging）构造和方法可以用于具有任何合适的燃料输送机构或系统的发动机，例如，用于汽化式发动机或具有其他燃料输送系统的其他发动机。
如上面所描述的，图1仅示出了多缸发动机的一个汽缸。因此，每个汽缸可以类似地包括其自身一组进气/排气门、（多个）燃料喷射器、火花塞等。
图2和图3示出了示例发动机汽缸组200，例如，在上面从图2中的侧视图和图3中的顶视图描述的发动机10的发动机汽缸组。发动机汽缸组200包括多个汽缸，其被配置为以不同的气门升程模式（例如，高气门升程、低气门升程和零气门升程）运转。例如，如在下面更详细地描述的，通过调整汽缸凸轮机构，一个或更多个汽缸上的气门可以基于发动机工况以不同的升程模式运转。
如在图2和图3中示出的，发动机汽缸组200可以包括可变凸轮正时（VCT）系统202、凸轮廓线变换（CPS）系统204和具有多个汽缸212的汽缸盖210。发动机200可以是在上面所描述的发动机10的一个示例。发动机汽缸组200被显示为具有进气歧管214和排气歧管216，进气歧管214被配置为向汽缸212供应进气空气和/或燃料，排气歧管216被配置为自汽缸212排出燃烧产物。排气歧管216可以包括多个出口，每个出口被耦连至不同的排气部件。在一些示例中，进气歧管214和排气歧管216可以集成到汽缸盖210内。然而，在其他示例中，进气和排气歧管中的一个或两个可以与汽缸盖210至少部分地分开。
在图2和图3中示出的示例中，汽缸盖210包括被标记为C1、C2、C3和C4的四个汽缸，四个汽缸以直列式构造布置。然而，应当理解，可以使用任何数量的汽缸和各种各样的不同汽缸构造，例如，V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。在图2和图3中，汽缸C1被设置在发动机汽缸组200的第一端211（例如，前端）处，而汽缸C4被设置在与第一端211相反的第二端213处（例如，在汽缸组200的后端处）。汽缸C2和C3被设置在汽缸C1与C4之间，其中汽缸C2邻近汽缸C1，而汽缸C3邻近汽缸C4。
如在上面图1中所描述的，汽缸212均可以包括火花塞和用于将燃料直接输送至燃烧室的燃料喷射器。然而，在替代的实施例中，每个汽缸可以不包括火花塞和/或直接燃料喷射器。一个或更多个气体交换阀可以用于每个汽缸。在本示例中，汽缸212均包括两个进气门和两个排气门。每一个进气和排气门均被被配置为分别打开以及关闭进气道和排气道。例如，汽缸C1包括进气门251和252以及排气门259和260，汽缸C2包括进气门253和254以及排气门261和262，汽缸C3包括进气门255和256以及排气门263和264，而汽缸C4包括进气门257和258以及排气门265和266。
通过进气凸轮轴218，每个进气门可在允许进气进入相应汽缸的打开位置与基本阻止来自相应汽缸的进气的关闭位置之间致动。进气凸轮轴218被设置在汽缸212上方、邻近发动机汽缸组200的顶部215的顶置位置。
进气凸轮轴218包括多个进气凸轮，其被配置为控制进气门的打开和关闭。在本示例中，进气凸轮轴218包括低升程进气凸轮220，其具有用于打开进气门第一进气持续时间的第一凸轮凸角廓线。此外，进气凸轮轴218包括高升程进气凸轮222，其具有用于打开进气门第二进气持续时间的比第一凸轮凸角廓线更大的第二凸轮凸角廓线。由于第二凸角廓线大于第一凸角廓线，所以第二进气持续时间可以长于第一进气持续时间。
同样，通过顶置排气凸轮轴224，每个排气门可在允许排气离开汽缸212中的相应汽缸的打开位置与基本将气体保留在相应汽缸内的关闭位置之间致动。排气凸轮轴224也被设置在汽缸212上方、邻近发动机汽缸组200的顶部215的顶置位置。排气凸轮轴224包括多个排气凸轮，其被配置为控制排气门的打开和关闭。与进气配气机构一样，每个排气门可以由第一排气凸轮226和第二排气凸轮228控制。在本示例中，第一排气凸轮226具有用于打开排气门第一排气持续时间的第一凸轮凸角廓线。另外，在本示例中，第二排气凸轮228具有用于打开排气门第二排气持续时间的比第一凸轮凸角廓线更大的第二凸轮凸角廓线。由于凸轮228的第二凸轮凸角廓线大于凸轮226的第一凸轮凸角廓线，所以第二排气持续时间可以长于第一排气持续时间。
另外，例如为了节省燃料的目的，为了允许停用内燃发动机的所选进气和排气门，所选汽缸可以额外地包括零位（null）或零升程凸轮凸角。例如，如在示例发动机汽缸组200示出的，外汽缸C1和C4包括零升程进气凸轮241和零升程排气凸轮242。具体地，进气凸轮轴218包括零升程进气凸轮241，其被设置在汽缸C1和C4上的进气门上方，而排气凸轮轴224包括零升程排气凸轮242，其被设置在汽缸C1和C4上的排气门上方。零升程排气凸轮241和242可以具有比高升程凸轮222和288以及低升程凸轮220和226更小的廓线，并且可以被配置为基于如下所述工况停用外汽缸C1和C4。在图2和图3中示出的示例中，内汽缸C2和C3不包括任何零位凸轮，使得汽缸C2和C3不能被停用。
因此，每个汽缸中的每个气门包括被耦连至在气门之上的凸轮轴的机构，其用于调整该气门的气门升程量和/或用于停用该气门。例如，外汽缸C1包括机构271和272以及机构273和274，机构271和272分别被耦连至在进气门251和252上方的凸轮轴218，机构273和274分别被耦连至在排气门259和260上方的凸轮轴224。用于汽缸C1的机构271、272、273和274中的每一个包括三个不同的升程廓线凸轮，即高升程凸轮、低升程凸轮和零升程凸轮。同样，外汽缸C4包括机构275和276以及机构278和279，机构275和276分别被耦连至在进气门257和258上方的凸轮轴218，机构278和279分别被耦连至在排气门265和266上方的凸轮轴224。用于汽缸C4的机构275、276、277和278中的每一个包括三个不同的升程廓线凸轮，即高升程凸轮、低升程凸轮和零升程凸轮。
然而，内汽缸C2和C3仅包括在气门上方的两个不同的升程廓线凸轮。例如，内汽缸C2包括机构280和281以及机构282和283，机构280和281分别被耦连至在进气门253和254上方的凸轮轴218，机构282和283分别被耦连至在排气门261和262上方的凸轮轴224。用于汽缸C2的机构280、281、282和283中的每一个包括两个不同的升程廓线凸轮，即高升程凸轮和低升程凸轮。同样，内汽缸C3包括机构284和285以及机构286和287，机构284和285分别被耦连至在进气门255和256上方的凸轮轴218，机构286和287分别被耦连至在排气门263和264上方的凸轮轴224。用于汽缸C3的机构284、285、286和287中的每一个包括两个不同的升程廓线凸轮，即高升程凸轮和低升程凸轮。
凸轮机构可以被直接设置在汽缸中对应气门的上方。另外，凸轮凸角可以被可滑动地附接至凸轮轴，使得其能够基于每个汽缸沿着凸轮轴滑动。例如，图2示出了低凸轮凸角226被设置在汽缸中的每个气门的上方的示例。被设置在每个汽缸气门上方的一组凸轮凸角可以滑过凸轮轴，以改变被耦连至气门从动机构的凸角廓线，从而改变气门关闭以及打开的持续时间。例如，被设置在气门259上方的升程机构273可以朝向端部213移位，从而将具有高升程廓线的凸轮凸角228移动至在气门259上方的位置，使得与凸轮228相关联的升程廓线被用来控制气门259的打开与关闭。作为另一示例，被设置在气门259上方的升程机构273可以朝向端部211移位，从而将具有零升程廓线的凸轮凸角242移动至气门259的上方，使得与凸轮242相关联的零升程被用来停用气门259。
另外，在一些示例中，在外汽缸上方的升程机构（诸如机构273、274、378和279）可以仅包括两个廓线，例如，有效的非零升程廓线和零升程廓线，而在内汽缸上方的升程机构（诸如机构282、283、286和287）可以仅包括一个非零升程廓线。
凸轮支承（例如，在在图2和图3中示出的凸轮支承291，292、293、294和295）可以被耦连至汽缸盖210，邻近发动机汽缸组200的顶部215。然而，尽管图2和图3示出了被耦连至汽缸盖的凸轮支承，但在其他示例中，凸轮支承可以被耦连至汽缸体的其他部件，例如，被耦连至凸轮轴支架或凸轮罩。凸轮支承可以支撑顶置凸轮轴，并且可以使被设置在每个汽缸上方的凸轮轴上的升程机构分开。例如，邻近第一端211的凸轮支承291和凸轮支承292位于在汽缸C1上方的升程机构271、272、273和274的两侧。凸轮支承292和凸轮支承293位于在汽缸C2上方的升程机构280、281、282和283的两侧。凸轮支承293和294位于在汽缸C3上方的升程机构284、285、286和287的两侧。凸轮支承294和凸轮支承295位于在汽缸C4上方的升程机构275、276、278和279的两侧，其中凸轮支承295邻近发动机汽缸组200的第二端213。在汽缸C1上方的凸轮支承291与292的内壁之间的距离296大于在内汽缸C2和C3上方的凸轮支承的内壁之间的距离297和298，以便为在汽缸C1上方包括额外的零升程凸轮241和242而在汽缸C1上方提供额外的间距。同样，在汽缸C4上方的凸轮支承294与295的内壁之间的距离299大于在内汽缸C2和C3上方的凸轮支承的内壁之间的距离297和298，以便为在汽缸C4上方包括额外的零升程凸轮241和242而在汽缸C4上方提供额外的间距。在这个示例中，由于外汽缸C1和C4包括停用机构，所以在发动机汽缸组200的相反端处的外部凸轮支承可以被设置为在相反端211和213处至少部分地延伸越过发动机汽缸组200的边缘。例如，在第一端211处的凸轮支承291可以在朝向第一端211的方向上延伸越过汽缸盖210的外壁205一个距离201，而在第二相反端213处的凸轮支承295可以在朝向第二端213的方向上延伸越过汽缸盖210的外壁205一个距离203。以此方式，可以在位于外汽缸两侧的凸轮支承之间提供额外的空间，以容纳额外的停用凸轮。
另外，位于内和外汽缸两侧的凸轮支承可以被设置为在位于外汽缸两侧的凸轮支承之间提供额外的空间。例如，位于外汽缸和内汽缸二者侧面的凸轮支承的中心可以在朝向内汽缸的方向上偏离内与外汽缸之间的中点。例如，凸轮支承292位于外汽缸C1和内汽缸C2二者的侧面，因此凸轮支承292的中心线207可以在自第一端211朝向第二端213的方向上偏离汽缸C1与C2之间的中心线或中点209。同样，由于凸轮支承294位于外汽缸C4和内汽缸C3二者的侧面，所以凸轮支承294的中心线225可以在自第二端211朝向第一端213的方向上偏离汽缸C3与C4之间的中心线或中点227。位于外汽缸两侧的凸轮支承之间距离的增加为容纳在外汽缸上方的额外的凸轮特征提供了空间，同时仍维持了用于被设置在内汽缸上方的凸轮特征的充足空间。
在一些示例中，为了在图3中示出的外汽缸C1和C4上方提供额外的空间，凸轮支承292和294的宽度可以被减小为使得其小于其他凸轮支承的宽度。作为另一示例，可以不包括凸轮支承292和294，使得在汽缸C1与C1之间以及在汽缸C3与C4之间不存在凸轮支承，即不包括凸轮支撑轴承，以便为在外汽缸上方的升程机构提供额外的间距。
在图2和图3中未示出的另外的元件还可以包括推杆、摇臂、挺柱等。此类装置和特征可以通过将凸轮的旋转运动转换为气门的平移运动而控制进气门和排气门的致动。在其他示例中，可以经由凸轮轴上的另外的凸轮凸角廓线来致动气门，其中不同气门之间的凸轮凸角廓线可以提供变化的凸轮升程高度、凸轮顶开气门持续时间和/或凸轮正时。然而，如果需要，可以使用可替代的凸轮轴（顶置和/或推杆）布置。另外，在一些示例中，汽缸212均可以仅具有一个排气门和/或进气门或多于两个的进气和/或排气门。在其他示例中，排气门和进气门可以由共同的凸轮轴致动。然而，在替代的实施例中，进气门和/或排气门中的至少一个可以由其自己的独立凸轮轴或其他装置致动。
如上所述，发动机汽缸组200可以包括可变气门致动系统，例如CPS系统204和可变凸轮正时VCT系统202。可变气门致动系统可以被配置为以多种运转模式运转。第一运转模式可以在发动机冷起动之后发生，例如当发动机温度低于阈值时或在发动机起动之后给定持续时间时。在第一模式下，可变气门致动系统可以被配置为仅打开一部分汽缸的一部分排气道，且其他所有排气道关闭。例如，可以仅打开汽缸C2和C3的排气门262和264。第二运转模式可以在标准的预热发动机运转期间发生。在第二模式下，可变气门致动系统可以被配置为打开所有汽缸的所有排气道。另外，在第二模式下，可变气门致动系统可以被配置为在比保持其余排气道更短的持续时间打开一部分汽缸的一部分排气道。第三运转模式可以在以低发动机转速和高负荷预热发动机的运转期间发生。在第三模式下，可变气门致动系统可以被配置为保持一部分汽缸的一部分排气道关闭，同时打开其余的排气道，例如，与第一模式相反。另外，可变气门致动系统可以被配置为在各种运转模式下对应于排气道的打开与关闭而选择性地打开与关闭进气道。
在一些示例中，CPS系统204可以被配置为纵向平移进气凸轮轴218的特定部分，由此引起进气门的运转在第一进气凸轮220与第二进气凸轮222和/或其他进气凸轮之间变化。另外，CPS系统204可以被配置为纵向平移排气凸轮轴224的特定部分，由此引起排气门的运转在第一排气凸轮226与第二排气凸轮228和/或其他排气凸轮之间变化。以此方式，CPS系统204可以在多个廓线之间切换。例如，在上面所讨论的第一运转模式下，CPS系统204可以被切换至第一廓线。另外，CPS系统204可以在第二模式下被切换至第二廓线，而在第三模式下被切换至第三廓线。这样一来，CPS系统204可以以VDE模式在用于打开气门第一持续时间的第一凸轮和用于打开气门第二持续时间的第二凸轮以及用于停用外汽缸的第三凸轮之间切换。控制器12可以通过信号线路控制CPS系统204，其中控制器12是图1的控制器12的一个非限制性示例。
在上面描述的凸轮的构造可以被用来提供供应给汽缸212以及从汽缸212排出的空气量和空气正时的控制。然而，其他构造可以被用来使CPS系统204能在两个或更多个凸轮之间切换气门控制。例如，可切换挺柱或摇臂可以用于在两个或更多个凸轮之间改变气门控制。
在一些示例中，VCT系统202可以是成对的独立可变凸轮轴正时系统，用于相互独立地改变进气门正时和排气门正时。因此，VCT系统202可以包括进气凸轮轴移相器230和排气凸轮轴移相器232，用于改变气门正时。VCT系统202可以被配置为通过提前或延迟凸轮正时而提前或延迟气门正时，并且可以由控制器12通过信号线路控制。VCT系统202可以被配置为通过改变曲轴位置与凸轮轴位置之间的关系而改变气门打开与关闭事件的正时。例如，VCT系统202可以被配置为独立于曲轴旋转进气凸轮轴218和/或排气凸轮轴224，从而引起气门正时被提前或延迟。在一些实施例中，VCT系统202可以是被配置为迅速地改变凸轮正时的凸轮扭矩致动的装置。在一些实施例中，可以通过连续可变气门升程（CVVL）装置来改变气门正时，诸如进气门关闭（IVC）和排气门关闭（EVC）。
在上面所描述的气门/凸轮控制装置和系统可以是液压驱动的或电致动的或其组合。信号线路可以向CPS系统204和VCT系统202发送控制信号，以及从CPS系统204和VCT系统202接收凸轮正时和/或凸轮选择测量。
如在上面所描述的，图1-3示出了内燃发动机以及相关联的进气和排气系统的非限制性示例。应当理解，在一些实施例中，发动机可以具有更多或更少的燃烧汽缸、控制气门、节气门和压缩装置等等。示例发动机可以具有以两排的“V”结构的形式布置的汽缸。另外，第一凸轮轴可以控制第一组或排汽缸的进气门，而第二凸轮轴可以控制第二组汽缸的进气门。以此方式，单个CPS系统和/或VCT系统可以被用来控制一组汽缸的气门运转，或可以使用单独的CPS和/或VCT系统。
如在本文中所提及的，在能压缩或自动点火的发动机的一个示例中，取决于所选燃烧模式，（多个）进气门可以由高或低升程凸轮廓线致动。低升程凸轮廓线可以被用来捕集汽缸中的高水平的残余（排气）气体。在一些示例中，被捕集的气体通过增加初始的充气温度而促进压缩或自动点火。然而，在火花点火模式（高或低负荷）下，可以使用高升程凸轮廓线。可以通过各种凸轮和挺柱系统实现此类可切换凸轮廓线。例如，通过油流液压致动器或使用电致动器以任何合适的形式实现切换。作为另一示例，此类系统可以包括增加数量的挺柱。
在另一实施例中，除了使用具有在不同廓线之间改变的单个进气门（或多个可切换进气门）的汽缸，还可以使用具有至少两个进气门的汽缸，其中每一个气门均具有不同的升程廓线（至少对于该汽缸而言）。在压缩或自动点火期间，可以通过使用可收缩挺柱使较高和/或较长升程的进气门被禁用，而较低和/或较短升程的进气门保持有效。在火花点火期间，较高/较长升程的进气门能够运转以便增加到发动机内的气流，而较低/较短升程的气门继续运转。换句话说，第一进气门可以具有较低的升程廓线，其自身能够流动足够的空气来使发动机以压缩或自动点火的形式运转。另外，第一进气门可以具有用于压缩或自动点火的气门正时（固定的或可调整的）设定。第二进气门可以具有气门升程和/或正时（固定的或可调整的），其提供火花点火的超过且高于压缩或自动点火所需空气的空气平衡。
有效气门运转可以指的是在汽缸的一个循环期间的气门打开与关闭，其中停用气门可以在汽缸的一个循环期间被保持在关闭位置（或在该周期被保持在固定位置）。应认识到，上述构造是示例，并且在本文中所讨论的方法可以应用于各种不同的可变气门升程廓线系统和构造，诸如应用于排气系统以及每个汽缸具有多于两个的进气门或多于两个的排气门的系统。
图4示出了另一示例发动机汽缸组400。例如，发动机汽缸组400可以是V-8发动机中的一排/组。例如，V-8发动机中的一组可以是在上面所描述的发动机汽缸组200，而发动机的另一组可以是发动机汽缸组400。在图4中的顶视图示出了发动机汽缸组400。另外，图4中相同的编号对应于在在上面所描述的图2和图3中相同的编号。
在图4中示出的示例中，汽缸盖210包括被标记为C5、C6、C7和C8的四个汽缸，四个汽缸以直列式构造布置。在图4中，汽缸C5被设置在发动机汽缸组400的第一端211（例如，前端）处，而汽缸C8被设置在与第一端211相反的第二端213处（例如，在汽缸组400的后端处）。汽缸C6和C7被设置在汽缸C5与C8之间，其中汽缸C6邻近汽缸C5，而汽缸C7邻近汽缸C8。
汽缸C5包括进气门251和252以及排气门259和260，汽缸C6包括进气门253和254以及排气门261和262，汽缸C7包括进气门255和256以及排气门263和264，而汽缸C8包括进气门257和258以及排气门265和266。在示例发动机汽缸组400中，内汽缸C6和C7包括零升程进气凸轮241和零升程排气凸轮242。具体地，进气凸轮轴218包括零升程进气凸轮241，其被设置在汽缸C6和C7上的进气门上方，而排气凸轮轴224包括零升程排气凸轮242，其被设置在汽缸C6和C7上的排气门上方。在图4中示出的示例中，外汽缸C5和C8不包括任何零位凸轮，使得汽缸C5和C8不能被停用。
因此，每个汽缸中的每个气门包括被耦连至在该气门之上的凸轮轴的机构，其用于调整该气门的气门升程量和/或用于停用该气门。例如，外汽缸C5包括机构271和272以及机构273和274，机构271和272分别被耦连至在进气门251和252上方的凸轮轴218，机构273和274分别被耦连至在排气门259和260上方的凸轮轴224。用于汽缸C5的机构271、272、273和274中的每一个仅包括两个不同的升程廓线凸轮，即高升程凸轮和低升程凸轮。同样，外汽缸C8包括机构275和276以及机构278和279，机构275和276分别被耦连至在进气门257和258上方的凸轮轴218，机构278和279分别被耦连至在排气门265和266上方的凸轮轴224。用于汽缸C8的机构275、276、277和278中的每一个仅包括两个不同的升程廓线凸轮，即高升程凸轮和低升程凸轮。
然而，在图4中示出的示例中的内汽缸C6和C7包括在气门上方的三个不同的升程廓线凸轮。例如，内汽缸C5包括机构280和281以及机构282和283，机构280和281分别被耦连至在进气门253和254上方的凸轮轴218，机构282和283分别被耦连至在排气门261和262上方的凸轮轴224。用于汽缸C5的机构280、281、282和283中的每一个包括三个不同的升程廓线凸轮，即高升程凸轮、低升程凸轮和零升程凸轮。同样，内汽缸C7包括机构284和285以及机构286和287，机构284和285分别被耦连至在进气门255和256上方的凸轮轴218，机构286和287分别被耦连至在排气门263和264上方的凸轮轴224。用于汽缸C7的机构284、285、286和287中的每一个包括三个不同的升程廓线凸轮，即高升程凸轮、低升程凸轮和零升程凸轮。另外，在一些示例中，在这个示例中，在外汽缸上方的升程机构（诸如机构273、274、378和279）可以仅包括非零升程廓线，而在内汽缸上方的升程机构（诸如机构282、283、286和287）可以仅包括两个升程廓线，例如，有效非零升程廓线和零升程廓线。
凸轮支承（例如，在图4中示出的凸轮支承291、292、293、294和295）可以被耦连至汽缸盖210，邻近发动机汽缸组400的顶部215。例如，邻近第一端211的凸轮支承291和凸轮支承292位于在汽缸C5上方的升程机构271、272、273和274的两侧。凸轮支承292和凸轮支承293位于在汽缸C6上方的升程机构280、281、282和283的两侧。凸轮支承293和294位于在汽缸C7上方的升程机构284、285、286和287的两侧。凸轮支承294和凸轮支承295位于在汽缸C8上方的升程机构275、276、278和279的两侧，其中凸轮支承295邻近发动机汽缸组200的第二端213。在这个示例中，在内汽缸C6上方的凸轮支承292和293的内壁之间的距离297大于在外汽缸C5和C8上方的凸轮支承的内壁之间的距离296和299，以便为在汽缸C6上方包括额外的零升程凸轮241和242而在汽缸C6上方提供额外的间距。同样，在汽缸C7上方的凸轮支承293和294的内壁之间的距离298大于在外汽缸C5和C8上方的凸轮支承的内壁之间的距离296和299，以便为在汽缸C7上方包括额外的零升程凸轮241和242而在汽缸C7上方提供额外的间距。
在发动机汽缸组200的相反端处的外部凸轮支承291和295可以被设置为在相反端211和213处至少部分地延伸越过发动机汽缸组200的边缘，使得凸轮支承292和294可以被向外延伸，以便在内汽缸上方的凸轮支承之间为停用元件提供额外的空间。
在一些示例中，为了在图4中示出的内汽缸C6和C7上方提供额外的空间，中间凸轮支承293的宽度可以被减小为使得其小于其他凸轮支承的宽度。作为另一示例，可以不包括中间凸轮支承293，使得在汽缸C6与C7之间不存在凸轮支承，即不包括凸轮支撑轴承，以便为升程机构提供额外的间距。另外，在图4中示出的示例可以应用于其他数量的汽缸的发动机。例如，包括三个汽缸的汽缸组的发动机，且其中两个外汽缸C1和C3位于单个内汽缸C3两侧。在这个示例中，可以减小在汽缸C1与C2或C2与C3之间的内部凸轮支承的尺寸或可以省略在汽缸C1与C2或C2与C3之间的内部凸轮支承，以便为升程机构提供更多的空间。
图5示出了用于运转被耦连至发动机汽缸组（例如，在图2-4中示出的发动机汽缸组）的凸轮廓线变换系统的示例方法500。具体地，方法500描述了，通过使用在图2-3中示出的示例发动机汽缸组在某些发动机工况下选择性地停用外汽缸（例如，汽缸C1和C4），或通过使用在图4中示出的示例发动机汽缸组基于发动机工况选择性地停用内汽缸（例如，汽缸C6和C7）。
在502处，方法500包括估计和/或测量发动机工况。例如，这些可以包括发动机转速、期望的扭矩（例如，来自踏板位置传感器）、歧管压力（MAP）、歧管空气流量（MAF）、BP、发动机温度、催化剂温度、进气温度、火花正时、升压水平、空气温度、爆震极限等。
在504处，方法500包括确定高负荷或高转速的发动机工况是否存在。例如，响应于增加的扭矩请求，高负荷情况可以被确认。作为另一示例，响应于发动机转速超过阈值速度，高转速情况可以被确认。
如果在504处高负荷和/或高转速情况被确认，则方法500进入到506。在506处，方法500包括将凸轮轴廓线设定为第一廓线。例如，凸轮轴廓线可以被设定为高升程模式，以增加汽缸气门的升程持续时间。例如，在图2-4中示出的汽缸212上方的气门升程机构都可以被设定为用于高气门升程运转的升程廓线222和228。
然而，如果在504处高负荷和/或高转速情况不存在，那么低负荷和/或低转速情况可以存在，并且方法500则进入到508。在508处，方法500包括将凸轮轴廓线设定为第二廓线。例如，响应于发动机负荷和/或转速低于阈值，凸轮轴廓线可以被设定为低升程廓线模式。例如，在图2-4中示出的汽缸212上方的气门升程机构都可以被设定为用于低气门升程运转的升程廓线220和226。
在510处，方法500包括确定汽缸停用条件是否满足。例如，基于估计的工况，例程可以确定发动机的运转模式（例如，VDE或非VDE）。作为一个示例，当扭矩需求小于阈值时，汽缸停用条件可以被确认。因此，如果在510处汽缸停用条件不满足，则例程可以结束，且在所有汽缸点火的情况下使发动机运转。
然而，如果在510处汽缸停用条件满足，则方法500进入到512，以将凸轮轴廓线设定为第三廓线，从而停用所选汽缸，而不停用其他汽缸。例如，在图2-3中示出的发动机汽缸组中，外汽缸可以被停用，而内汽缸可以不被停用。例如，在图2和图3中示出的外汽缸C1和C4上的气门可以被设定为零升程廓线241和242，以停用外汽缸C1和C4上的所有气门，同时维持内汽缸C2和C3上的非零升程廓线的使用。例如，可以利用用于低气门升程运转的升程廓线220和226将在内汽缸C2和C3上方的气门升程机构维持在有效状态。作为另一示例，参照在图4中示出的发动机汽缸组，内汽缸可以被停用，而外汽缸可以不被停用。例如，在图4中示出的内汽缸C6和C7上的气门可以被设定为零升程廓线241和242，以停用内汽缸C6和C7上的所有气门，同时维持外汽缸C5和C8上的非零升程廓线的使用。例如，可以利用用于低气门升程运转的升程廓线220和226将在外汽缸C5和C8上方的气门升程机构维持在有效状态。
应认识到，在本文中所公开的构造和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本发明的主题包括在本文中所公开的各种系统和构造和其它的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
所附权利要求特别指出被认为是新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以涉及”一个”元件或”第一”元件或其等同物。应当理解，这样的权利要求包括纳入一个或更多个这样的元件，既不必也不排除两个或更多个这样的元件。在这个或相关的申请中，通过修改本权利要求或提出新权利要求，所公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合可以被要求保护。这样的权利要求，无论是比原权利要求范围宽、窄、相同或不同，均被认为包含在本发明的主题内。

Claims (25)

1.一种发动机汽缸组，其包含：
内汽缸，每一个所述内汽缸均仅具有第一和第二升程廓线，两种升程廓线都是非零升程廓线；以及
外汽缸，每一个所述外汽缸均具有第一、第二和第三升程廓线，其中两个是非零升程廓线，一个是零升程廓线。
2.根据权利要求1所述的发动机汽缸组，其中所述发动机是四缸直列式发动机。
3.根据权利要求1所述的发动机汽缸组，其还包含位于每个汽缸的升程廓线侧面的凸轮支承，其中在所述外汽缸上方的侧翼凸轮支承之间的距离大于在所述内汽缸上方的侧翼凸轮支承之间的距离。
4.根据权利要求3所述的发动机汽缸组，其中在所述外汽缸上方的外部凸轮支承延伸越过所述发动机汽缸组的汽缸盖。
5.根据权利要求3所述的发动机汽缸组，其中位于外汽缸和内汽缸二者侧面的凸轮支承的中心在朝向所述内汽缸的方向上偏离所述内与外汽缸之间的中点。
6.根据权利要求1所述的发动机汽缸组，其中所述内汽缸的所述第一升程廓线是高升程廓线，而所述内汽缸的所述第二升程廓线是低升程廓线。
7.根据权利要求1所述的发动机汽缸组，其中所述外汽缸的所述第一升程廓线是高升程廓线，所述外汽缸的所述第二升程廓线是低升程廓线，而所述外汽缸的所述第三升程廓线是零升程廓线。
8.根据权利要求1所述的发动机汽缸组，其中每个汽缸包括两个进气门和两个排气门，并且每个汽缸包括被设置在所述汽缸的每个气门上方的多个升程廓线。
9.根据权利要求1所述的发动机汽缸组，其还包含被设置在所述内和外汽缸上方的凸轮轴，其中所述升程廓线是被耦连至所述凸轮轴的凸轮凸角。
10.根据权利要求1所述的发动机汽缸组，其还包含被设置在每个汽缸中的进气门上方的进气凸轮轴和被设置在每个汽缸中的排气门上方的排气凸轮轴，其中第一和第二升程廓线被耦连至在所述内汽缸中的每个进气门上方的所述进气凸轮轴，第一和第二升程廓线被耦连至在所述内汽缸中的每个排气门上方的所述排气凸轮轴，第一、第二和第三升程廓线被耦连至在所述外汽缸中的每个进气门上方的所述进气凸轮轴，并且第一、第二和第三升程廓线被耦连至在所述外汽缸中的每个排气门上方的所述排气凸轮轴。
11.根据权利要求1所述的发动机汽缸组，其中所述发动机汽缸组在至少一个外汽缸与至少一个内汽缸之间或在第一内汽缸与第二内汽缸之间不包括凸轮支承。
12.一种发动机，其包含：
汽缸盖，其包括外汽缸和内汽缸；
顶置凸轮轴，其包括被设置在每个汽缸上方的升程机构，其中在所述外汽缸上方的升程机构大于在所述内汽缸上方的升程机构；
凸轮支承，其位于在每个汽缸上方的所述升程机构的侧面，其中位于外汽缸上方的所述升程机构侧面的凸轮支承之间的距离大于位于内汽缸上方的所述升程机构侧面的凸轮支承之间的距离。
13.根据权利要求12所述的发动机，其中在所述内汽缸上方的每个升程机构仅包括第一和第二升程廓线，这两个都是非零升程廓线，并且其中在所述外汽缸上方的每个升程机构包括第一、第二和第三升程廓线，其中两个是非零升程廓线，一个是零升程廓线。
14.根据权利要求12所述的发动机，其中在所述内汽缸上方的每个升程机构仅包括第一非零升程廓线，并且其中在所述外汽缸上方的每个升程机构包括第一非零升程廓线和第二零升程廓线。
15.根据权利要求12所述的发动机，其中所述汽缸是直列式构造。
16.根据权利要求12所述的发动机，其中所述汽缸盖包括第一端和与所述第一端相反的第二端，并且其中所述外汽缸包括邻近所述第一端的第一外汽缸和邻近所述第二端的第二外汽缸，并且其中位于所述第一端处的所述第一外汽缸侧面的凸轮支承在所述第一端处延伸越过所述汽缸盖的外壁，并且其中位于所述第二端处的所述第二外汽缸侧面的凸轮支承在所述第二端处延伸越过所述汽缸盖的外壁。
17.根据权利要求12所述的发动机，其中位于外汽缸和内汽缸二者侧面的凸轮支承的中心在朝向所述内汽缸的方向上偏离所述内与外汽缸之间的中点。
18.根据权利要求12所述的发动机，其中每个汽缸包括两个进气门和两个排气门，并且每个汽缸包括被设置在所述汽缸的每个气门上方的升程机构，其中每个升程机构包括多个升程廓线。
19.一种控制被耦连至具有内汽缸和外汽缸的直列式发动机的顶置凸轮轴的方法，其包含：
响应于第一情况，使所述内和外汽缸的气门在第一非零升程廓线处运转；
响应于第二情况，使所述内和外汽缸的气门在第二非零升程廓线处运转；以及
响应于第三情况，使所述内汽缸的气门在所述第二非零升程廓线处运转，并且使所述外汽缸的气门在零升程廓线处运转。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第三情况是可变排量发动机运转模式。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一情况是高负荷和/或高转速发动机运转，而所述第二情况是低负荷和/或低转速发动机运转。
22.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一非零升程廓线是高升程廓线，而所述第二非零升程廓线是低升程廓线。
23.一种发动机汽缸组，其包含：
外汽缸，其具有比内汽缸更少的离散升程廓线，其中与所述外汽缸相比，内汽缸具有更宽的凸轮支承布置。
24.根据权利要求23所述的发动机汽缸组，其中所述发动机是三缸发动机，并且其中所述外汽缸仅具有第一非零升程廓线，以及其中所述内汽缸具有第一非零升程廓线和第二零升程廓线。
25.根据权利要求23所述的发动机汽缸组，其中邻近内汽缸的凸轮支承的宽度小于邻近外汽缸的凸轮支承的宽度。
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